Τα Ηλεκτροοπτικά Συστήματα InfraRed Search & Track (IRST) και η Αξιοποίησή τους στο Σύγχρονο Περιβάλλον Απειλών

Κωνσταντίνος Ζηκίδης

ΣΔΠ Σχολής Ικάρων, Δρ ΕΜΠ, Μηχανικός ΣΜΑ

Ένα σύγχρονο μαχητικό αεροσκάφος (Α/Φ) διαθέτει πληθώρα αισθητήρων, όπως το σύστημα αυτοπροστασίας (ΣΑ), το ραντάρ, τους αισθητήρες των πυραύλων υπέρυθρης καθοδήγησης, καθώς και ηλεκτροοπτικά συστήματα αναγνώρισης και παρακολούθησης. Ο πιο σημαντικός αισθητήρας παραμένει το ραντάρ, το οποίο επιτρέπει την αποκάλυψη στόχων σε μεγάλες αποστάσεις (τουλάχιστον 40-50 ναυτικά μίλια, για συνήθεις στόχους), παρέχοντας ακριβή στοιχεία απόστασης, ύψους και ταχύτητας για καθοδήγηση πυραύλου αέρος-αέρος, ενώ η απόδοσή του δεν επηρεάζεται ιδιαίτερα από τις καιρικές συνθήκες.
Όμως, το ραντάρ εκπέμπει ισχυρή ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (με μέση ισχύ έως και 1 kilowatt) και επομένως ανιχνεύεται εύκολα από τα ΣΑ. Έτσι, όταν ένα μαχητικό θέτει το ραντάρ του σε λειτουργία, “προδίδει” την ύπαρξή του αλλά και τον τύπο του, καθώς τα ΣΑ διαθέτουν κατάλληλες βιβλιοθήκες απειλών και μπορούν να διακρίνουν τα διάφορα ραντάρ από τα χαρακτηριστικά εκπομπής τους. Επίσης, το ραντάρ είναι επιρρεπές σε παρεμβολή (jamming) από τα αντίπαλα ΣΑ. Τέλος, οι επιδόσεις του ραντάρ είναι δραματικά μειωμένες εναντίον στόχων χαμηλής παρατηρησιμότητας (στελθ).
Κατόπιν τούτων, ως εναλλακτική στο ραντάρ προτείνονται τα συστήματα InfraRed Search & Track (IRST), τα οποία βασίζονται σε έναν υπέρυθρο ηλεκτροοπτικό αισθητήρα που ανιχνεύει στόχους από την θερμότητα που εκπέμπουν. Λειτουργούν μέρα και νύχτα, καθώς δεν βασίζονται σε ανάκλαση ορατού φωτός αλλά στην θερμική ακτινοβολία του ιδίου του στόχου. Π.χ., ένα αεροπλάνο παρουσιάζει θερμική υπογραφή, που προέρχεται από τα θερμά τμήματα του κινητήρα, τα καυσαέρια, καθώς και από τα χείλη προσβολής των πτερύγων, την εισαγωγή των αεραγωγών, το κρουστικό κύμα Mach κλπ λόγω αεροδυναμικής τριβής. Αν και έχουν καταβληθεί προσπάθειες μείωσης του υπέρυθρου ίχνους του, ένα μαχητικό δεν μπορεί να αποκρυφτεί τελείως στο ψυχρό υπόβαθρο του ουρανού [2][8][9].
Η προσέγγιση αυτή δεν είναι καινούργια, καθώς αξιοποιείται εδώ και πολλές δεκαετίες στους πυραύλους υπέρυθρης καθοδήγησης, όπως ο γνωστός ΑΙΜ-9 Sidewinder. Στην περίπτωση όμως του IRST, ο αισθητήρας βασίζεται σε διάταξη υψηλότερης ευαισθησίας και καλύτερης ανάλυσης, με δυνατότητα παρακολούθησης πολλαπλών στόχων σε μεγαλύτερες αποστάσεις.
Τα πλεονεκτήματα που προσφέρουν τα συστήματα IRST είναι τα ακόλουθα:

• Επιτρέπουν παθητική λειτουργία, δηλαδή δεν εκπέμπουν. Επομένως, δεν προδίδεται το φέρον Α/Φ, ακόμα κι όταν αυτό ιχνηλατεί αντίπαλα Α/Φ.
• Δεν παρεμβάλλονται όπως τα ραντάρ.
• Παρέχουν μεγαλύτερη ακρίβεια στην εκτίμηση διεύθυνσης του στόχου.
• Υπό συνθήκες, μπορούν να προσφέρουν μεγάλη εμβέλεια αποκάλυψης στόχων, μέρα ή νύχτα, είτε ο στόχος είναι στελθ, είτε όχι.
• Ορισμένα IRST φέρονται σε ατρακτίδιο (pod) και επομένως μπορούν να μεταφερθούν εύκολα από ένα αεροπλάνο σε ένα άλλο.

Όμως, υπεισέρχονται και οι ακόλουθοι περιορισμοί:

• Γενικώς, τα ηλεκτρο-οπτικά συστήματα επηρεάζονται από τις δυσμενείς καιρικές συνθήκες και ιδίως την υγρασία.
• Οι επιδόσεις επίσης μειώνονται σε χαμηλότερα ύψη, όπου υπάρχουν παρασιτικές ακτινοβολίες (clutter) που αυξάνουν το επίπεδο θορύβου του περιβάλλοντος.
• Δεν είναι δυνατή η άμεση μέτρηση της απόστασης του στόχου, όπως στο ραντάρ. Υπάρχουν κάποιες μέθοδοι έμμεσης εκτίμησης της απόστασης, όπως ο τριγωνισμός με δύο Α/Φ και χρήση ασύρματου δικτύου ή η εκτέλεση συγκεκριμένων αλλαγών πορείας σε συνδυασμό με την μεταβολή της διεύθυνσης παρακολούθησης του στόχου.

Σύμφωνα με αποτελέσματα προσομοιώσεων [2][3][4], ένα σύγχρονο σύστημα IRST μπορεί να αποκαλύψει ένα F-35 σε αποστάσεις έως 20 ν.μ. για εμπρόσθια θέαση (high aspect). Για λόγους σύγκρισης, ένα F-16 Block 52+/Adv. με ραντάρ AN/APG-68(V)9 εκτιμάται ότι θα αποκαλύψει το F-35 στα 11-12 ν.μ., ενώ ένα F-16 Viper με AN/APG-83 στα 14-15 ν.μ. Επομένως, το IRST διατηρεί ένα σαφές πλεονέκτημα εναντίον στόχων στελθ. Για οπίσθια θέαση, η προσομοίωση του IRST έδειξε αποστάσεις αποκάλυψης έως 50 ν.μ. Ανάλογες τιμές έχουν αναφερθεί και σε ανοιχτές πηγές (βλ. Εικονα 1). Επισημαίνεται ότι οι αποστάσεις αποκάλυψης είναι αισθητά μεγαλύτερες εάν ο στόχος χρησιμοποιεί μετάκαυση ή πετά υπερηχητικά. Τέλος, Κινέζοι επιστήμονες δημοσίευσαν πρόσφατα εργασία, όπου αναφέρουν αποκάλυψη αεροπλάνου σε απόσταση 150 ν.μ., τιμή η οποία φαίνεται υπερβολική [5].

Εικόνα 1 Μέγιστες εκτιμώμενες αποστάσεις αποκάλυψης ως προς την γωνία off-boresight, για στόχο στελθ με RCS – Radar Cross Section 0,01 m² (π.χ. F-35), για τα ραντάρ APG-68(V)9 (F-16 Block 52+/Adv), APG-83 (F-16 Viper)και APG-80 (F-16 Block 60), καθώς και για ένα σύστημα IRST (εμπρόσθια θέαση, καθαρή ατμόσφαιρα, μεγάλο ύψος) [3][4]

 

Αν και οι επιδόσεις μειώνονται αρκετά σε συνθήκες υψηλής υγρασίας, όπως βροχή ή χιονόπτωση, θα πρέπει να σημειωθεί ότι τέτοιες καιρικές συνθήκες είναι σχετικά σπάνιες στον χώρο του Αιγαίου, ενώ σε μεγάλα ύψη η υγρασία είναι συνήθως χαμηλή. Επομένως, υπάρχει μεγάλο πεδίο δράσης για τα IRST, ιδίως σε ένα δικτυοκεντρικό πλαίσιο συνεργατικής εμπλοκής, όπου τα Α/Φ θα ανταλλάσσουν πληροφορίες μεταξύ τους.
Ένα σύστημα IRST που θα ενδιέφερε την ΠΑ είναι το Legion Pod της Lockheed Martin, το οποίο έχει επιλεχθεί για τα F-15C της USAF, ενώ έχει πιστοποιηθεί και σε F-16 [1][9][10]. Όσον αφορά το Rafale, σημειώνεται ότι το σύστημα FSO – Front Sector Optronics περιλαμβάνει δύο αισθητήρες, μία κάμερα TV στο οπτικό φάσμα με laser για μέτρηση απόστασης (αναφέρεται και ως Combat Identification System) και το IRST (Εικόνα 2). Στο Standard F3 δεν προβλεπόταν IRST, ενώ παρέμεινε η κάμερα TV σε αναβαθμισμένη μορφή [7]. Πρόσφατα, η Thales παρουσίασε ένα καινούργιο IRST [6], το οποίο θα συμπεριληφθεί στο επόμενο Standard F4, ενώ εκτιμάται ότι μπορεί να αξιοποιηθεί και στην υφιστάμενη διαμόρφωση F3R. Και οι δύο αισθητήρες είναι πλήρως ολοκληρωμένοι στη λειτουργία συγχώνευσης δεδομένων (data fusion function) του Rafale, επιτρέποντας την εκτέλεση βολής “σιωπηλά” με το FSO ή σε συνεργασία με το ΣΑ, το Link 16 κλπ [3][4][7].

Εικόνα 2 Το Α/Φ Rafale και το σύστημα FSO – Front Sector Optronics, με την κάμερα TV δεξιά και το IRST αριστερά (όπως φαίνεται). https://www.dassault-aviation.com/en/defense/rafale/a-wide-range-of-smart-and-discrete-sensors/  https://www.thalesgroup.com/en/thales-board-dassault-aviation-rafale

Συμπερασματικά, διαπιστώνεται ότι τα συστήματα IRST προσφέρουν ιδιαίτερες δυνατότητες ανίχνευσης και ιχνηλάτησης, επιτρέποντας σε ένα μαχητικό να παρακολουθεί έναν στόχο χωρίς αυτός να αντιλαμβάνεται ότι παρακολουθείται. Κρίνεται σκόπιμη η εξέταση δυνατότητας προμήθειας έστω και ενός μικρού αριθμού τέτοιων συστημάτων, ώστε η ΠΑ να διαπιστώσει ιδίοις όμμασι τις δυνατότητές τους, αναπτύσσοντας ανάλογες τακτικές για την αξιοποίησή τους, σε συνδυασμό με άλλους αισθητήρες και στο πλαίσιο δικτυοκεντρικών επιχειρήσεων.

Αναφορές:
[1] Κωνσταντίνος Ζηκίδης, “Τα συστήματα IRST και η αναβάθμιση των ελληνικών αεροσκαφών F-16”, defence-point.gr, 01-04-2018. https://www.defence-point.gr/news/ta-systimata-irst-ke-i-anavathmisi-ton-ellinikon-aeroskafon-f-16
[2] G.-K. Gaitanakis, A. Vlastaras, N. Vassos, G. Limnaios and K. C. Zikidis, “InfraRed Search & Track Systems as an Anti-Stealth Approach”, Journal of Computations & Modelling, Scienpress Ltd, vol.9, no.1, 2019, 33-53. https://www.researchgate.net/publication/330999688_InfraRed_Search_Track_Systems_as_an_Anti-Stealth_Approach
[3] G. Gaitanakis, G. Limnaios and K. Zikidis, “AESA radar and IRST against low observable threats”, Aircraft Engineering and Aerospace Technology, Vol. 92 No. 9, pp. 1421-1428, 2020. https://www.researchgate.net/publication/340234734_AESA_radar_and_IRST_against_low_observable_threats
[4] Γ.-Κ. Γαϊτανάκης, Κ. Χ. Ζηκίδης και Γ. Λημναίος, “Ραντάρ Ενεργητικής Ηλεκτρονικής Σάρωσης (AESA) και συστήματα Υπέρυθρης Έρευνας και Ιχνηλάτησης (IRST) εναντίον απειλών χαμηλής παρατηρησιμότητας”, Αεροπορική Επιθεώρηση, τεύχος 119, Αύγ 20, σελ. 72-91 https://www.researchgate.net/publication/344139464_Rantar_Energetikes_Elektronikes_Saroses_AESA_kai_systemata_Yperythres_Ereunas_kai_Ichnelateses_IRST_enantion_apeilon_chameles_parateresimotetas
[5] Tanmay Kadam, “Sniffing Stealth Fighters, Modern Air Forces Are Banking On IRST System To “Track & Whack” Stealth Aircraft,” The EurAsian Times, September 9, 2022 https://eurasiantimes.com/sniffing-stealth-fighters-modern-air-forces-are-banking-on-irst-system/
[6] Ευθύμιος Λάζος, “Πολεμική Αεροπορία: Η Thales παρουσίασε το ατρακτίδιο Talios για τα Rafale”, ιστοσελίδα DefenceReview.gr, 03 Φεβ 23 https://defencereview.gr/polemiki-aeroporia-i-thales-paroysiase-to-a/
[7] Philippe Amiel, “Rafale: L’Optronique Secteur Frontal,” https://omnirole-rafale.com/avionique/optronique-secteur-frontal/
[8] Υποναύαρχος ε.α. Γεώργιος Σάγος ΠΝ, “Συστήματα υπέρυθρης έρευνας και παρακολούθησης IRST (IR Search & Track) – Mέρος Α΄”, ιστολόγιο Βελισάριος, 27 Απρ 23 https://belisarius21.wordpress.com/2023/04/27/συστήματα-υπέρυθρης-έρευνας-και-παρα/
[9] Υποναύαρχος ε.α. Γεώργιος Σάγος ΠΝ, “Συστήματα υπέρυθρης έρευνας και παρακολούθησης IRST (IR Search & Track) – Mέρος Β΄”, ιστολόγιο Βελισάριος, 20 Μαΐ 23 https://belisarius21.wordpress.com/2023/05/20/συστήματα-υπέρυθρης-έρευνας-και-παρα-2/
[10] Lockheed Martin Corp., “Legion Pod: Multi Function Sensor System” © 2023 https://www.lockheedmartin.com/en-us/products/legion-pod.html

 

aerospacereviews.com